Элементы залегания

Все формы тектонических нарушений первоначального залегания горных пород делятся на три типа: наклонное, складчатое, или так называемое пликативное, характерное изгибами слоев без разрыва их сплошности, и разрывное, дизъюктивное, в котором слои или массивы пород в результате образования в них разрывов теряют свою сплошность.

Простейшим видом тектонических нарушений является наклонное залегание слоев, частным случаем которого может быть моноклинальное залегание. Моноклинально залегающими называются слои в пределах некоторого участка, наклоненные строго в одну сторону и имеющие постоянный угол падения.

Для точной характеристики геологической структуры необходимо иметь представление о залегании слоев, то есть положении их в пространстве относительно стран света и горизонтальной поверхности Земли. С этой целью введено понятие об элементах залегания слоя (или любой наклонной плоскости), которыми являются простирание, падение и угол падения.

Простирание – это протяженность слоя на горизонтальной поверхности Земли. Простирание слоя определяется ориентировкой его линии простирания, то есть азимутом простирания слоя.

Линия простирания слоя – любая горизонтальная линия, лежащая в плоскости наслоения, то есть линия пересечения подошвы или кровли слоя с горизонтальной плоскостью. Таких линий в плоскости слоя можно провести несколько; отличаются они абсолютными высотными отметками (рис.12, I, линии аб, а₁б₁, а₂б₂).

В тех случаях, когда слой плоский, линия простирания представляет собой прямую линию. Если слой изгибается по простиранию, то соответственно будет изгибаться и линия простирания. В этом случае простирание в каждой точке будет разным, оно может быть измерено по касательной, проведенной в точке радиуса перегиба ее.

Азимут линии простирания – это горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления географического меридиана по ходу часовой стрелки до линии простирания. Азимут простирания может меняться от 0 до 360⁰. Так как линия простирания, как и любая линия, имеет два взаимно противоположных направления, то и азимут простирания может быть выражен двумя значениями, отличающимися на 180⁰ (рис.12 II, α₁ и α₂).

Падение слоя – определяется двумя показателями: направлением падения и углом падения. Направление падения слоя (или любой плоскости) характеризуется ориентировкой его наклона по отношению к странам света и определяется азимутом линии падения.

Линия падения слоя - (рис.12 I, линия вг) – это линия наибольшего наклона подошвы или кровли слоя (линия наибольшего ската), перпендикулярная к линии простирания, лежащая на плоскости наслоения и направленная в сторону ее наклона. Из определений следует, что в плоскости выдержанно падающего слоя можно провести произвольное число линий простирания и падения, но все линии простирания будут параллельны между собой; параллельны между собой и все линии падения.

Рис.12

Другая линия, лежащая в плоскости наслоения и перпендикулярная к линии простирания, но направленная вверх, в сторону, обратную линии падения, - линия восстания слоя (рис. 12, I, линия вд).

Азимут линии падения (или просто азимут падения) – это правый векторный горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления географического меридиана до проекции линии падения на горизонтальную плоскость (рис.12, II, угол β). Азимут падения может меняться в зависимости от положения слоя в пределах от 0 до 360⁰ и иметь в отличие от простирания только одно значение.

Так как линии простирания и падения взаимно перпендикулярны, то азимуты их отличаются на 90⁰. Следовательно, определив азимут падения, можно вычислить азимут простирания, вычитая или прибавляя 90⁰ к значению азимута падения. Нельзя проделать обратную операцию – из простирания получить азимут падения. Если для простирания безразлично, по какому концу линии мы будем его ориентировать, то есть разница в азимуте на 180⁰ не изменяет положение в пространстве линии простирания, то для направления падения это не безразлично. Ошибиться на 180⁰ здесь недопустимо, так как это будет направление, обратное падению слоя.

Для полной характеристики залегания слоя необходимо определить также угол наклона по отношению к горизонтальной поверхности, то есть угол падения.

Угол падения – это двугранный угол между плоскостью наслоения и горизонтальной плоскостью или вертикальный угол (рис.12, I, угол α) между линией падения (вг) и ее проекцией (ве) на горизонтальную плоскость. Угол падения может изменяться в пределах от 0 до 90⁰. При опрокинутом залегании слоев угол падения все равно составляется линией падения и ее проекцией на горизонтальную плоскость и не может превышать 90⁰.

Горный компас.

При геологической съемке элементы залегания слоя замеряются горным компасом (рис. 13). Горный компас состоит из магнитной стрелки 5 и

1

большого лимба (круга) 2, необходимых для замеров азимутов, а также из клинометра 3 и полулимба 8 для замеров угла падения слоя. Горный компас монтируется на прямоугольной пластинке 1, имеющей длину 9-11 см и ширину 7-8 см. В середине пластинки прикреплен лимб, разделенный на 360⁰. Градуировка лимба произведена против часовой стрелки. Лимб устанавливается таким образом, чтобы линия, соединяющая север – юг, была параллельна длинной стороне пластинки компаса. В центре лимба в пластинку ввертывается игла, на которую насажена магнитная стрелка. В стрелку в медной оправе вделана втулка из твердого минерала (агата или рубина). Втулка сообщает стрелке свободное вращение на игле. Хорошо намагниченная и правильно отрегулированная стрелка быстро успокаивается и принимает горизонтальное неподвижное положение, обращаясь северным концом к северному магнитному полюсу. Северный конец стрелки покрыт черной или синей краской. Под стрелкой на иглу надевается просторное кольцо, укрепленное на конце рычага (арретира) 7, которым можно поднимать магнитную стрелку с иглы и закреплять ее в «нерабочем» положении, прижимая к стеклу компаса для того, чтобы конец иглы не изнашивался.

Шкала полулимба градуируется на пластинке компаса и представляет собой половину окружности, на которой нанесены деления от 0 до 90⁰ в обе стороны, то есть соответственно возможному изменению углов падения слоя. Начало счета делений (нуль0 расположено против середины длинной стороны пластинки компаса, а концы (90⁰) – против С и Ю большого лимба. Для отсчетов углов падения служит клинометр (отвес), надетый на иглу ниже кольца, поддерживающего стрелку компаса. В нижней, расширенной части отвеса прорезано окошечко, внизу которого выступает короткий заостренный зубец, расположенный точно по оси отвеса. При вертикальном положении компаса и совмещении его длинной стороны с горизонтом зубец отвеса укажет 0⁰; при вертикальном направлении длинной стороны компаса – 90⁰. Точность замера угла падения компасом, снабженным клинометром, колеблется от 1 до 3⁰. Закрепление отвеса производится рычажком 4. Коробка лимба покрывается стеклом, укрепленным кольцевой пружиной 6.

Градуировка большого лимба против часовой стрелки и соответственная перестановка стран света сделаны из соображения ускорения и упрощения производства замеров азимутов. Любое заданное направление обычным компасом определяется при совмещении севера лимба с северным концом магнитной стрелки. Горный же компас дает возможность непосредственно определить направление линии, с которой при измерениях совмещается длинная сторона компаса. Таким образом, здесь с линией С-Ю компаса совмещается не меридиан, а любая другая линия, азимут которой требуется определить. Допустим, что направление линии, которую мы должны определить, СЗ 300⁰. Работая обыкновенным компасом, совмещаем С лимба с северным концом стрелки (рис.14, I). Визируя на заданный предмет, видим, что определяемая линия проходит через деление СЗ 300⁰.

Когда же при замерах азимута этой линии совместили с ней длинную сторону компаса (деления нанесены на лимбе по ходу часовой стрелки), северный конец стрелки покажет отчет СВ 60⁰ (рис. 14, II), что не соответствует действительному азимуту. Истинное направление линии в этом случае надо вычислять. Приложим к линии того же направления длинную сторону горного компаса, лимб которого градуирован против часовой стрелки (рис. 14, III). Северный конец стрелки непосредственно покажет отсчет СЗ 300⁰, что точно соответствует заданному условию.

Из этого примера следует основное правило пользования горным компасом: при производстве замера азимута заданного направления совмещают длинную сторону пластинки компаса (то есть его линию С – Ю) с направлением измеряемой линии и берут на лимбе отсчет по северному концу магнитной стрелки компаса.

Задание.

Произвести замеры элементов залегания слоя горным компасом.

Для замера элементов залегания слоя горным компасом необходимо, прежде всего, выбрать наиболее ровную площадку, совпадающую со слоистостью. Определить элементы залегания можно двумя способами.

Рис.14

Первый способ применяют обычно при замерах элементов залегания крутопадающего слоя. Вначале определяют положение линии падения и значение угла падения. Для этого на выбранной расчищенной плоскости слоя устанавливают горный компас вертикально, длинной стороной его на ребро, отвесом вниз. Вертикальное положение определяется по свободному качанию отвеса. Магнитная стрелка должна быть при этом закреплена (рис.15, I). Удерживая компас в таком положении, вращают его около точки А по поверхности слоя. Наблюдая при вращении за показанием отвеса, замечают на полулимбе по клинометру наибольшее значение угла. Это и будет истинный угол падения слоя α. В направлении длинной стороны компаса прочерчивают или мысленно проводят на плоскости слоя прямую АБ, которая покажет направление линии падения.

Для определения азимута падения компас поворачивают, не отрывая от линии АБ, до совмещения основания его с плоскостью слоя. Короткая сторона компаса в этот момент покажет направление линии простирания. Вращая компас вокруг этой линии, приводят его в горизонтальное положение (рис.15, II). Необходимо при замере азимута падения держать компас так, чтобы север лимба (северная сторона компаса) был направлен в сторону падения слоя. Затем отпускают магнитную стрелку и по северному ее концу на лимбе компаса читают значение азимута падения. Поскольку азимут простирания будет отличаться от азимута падения на 90⁰, то его можно не измерять компасом, а вычислить, прибавив к величине азимута падения или отняв от нее 90⁰.

Рис.15

Например, если азимут падения СВ 30⁰, то азимут простирания будет ЮВ 120 – СЗ 300⁰. Из двух отсчетов берется тот, который находится в северной половине (СЗ 300⁰).

Второй способ замера элементов залегания рекомендуется при пологом залегании слоя. В этом случае сначала определяют не линию падения, а линию простирания слоя. Горный компас в вертикальном положении длинной стороны ставят на поверхность слоя и, поворачивая вокруг точки А, находят такое его положение, при котором отвес показывает нуль на полулимбе (рис.15, III). Необходимо следить за тем, чтобы компас оставался в строго вертикальном положении, длинная сторона его совпадала бы с плоскостью слоя. В этом случае длинная сторона компаса совпадает с линией простирания замеряемой плоскости слоя. В направлении простирания прочерчивают линию вдоль длинной стороны компаса (АВ). Для нахождения линии падения кладут компас основанием на поверхность слоя, совмещая короткую сторону его с линией простирания. Замер азимута падения производится вышеописанным способом (рис.15, II). Азимут простирания вычисляется так же, как в случае крутопадающего слоя. Азимут простирания можно измерить и непосредственно, для чего с линией простирания слоя совмещают длинную сторону компаса; при этом концы стрелки покажут отсчет двух азимутов простирания слоя (рис.15, IV). Для определения угла падения горный компас снова приводят в вертикальное положение и прикладывают длинной стороной к найденной линии падения. Значение угла падения берется по отвесу компаса.

П

42; аз. пр. СВ 50

Аз. пад. СЗ 320

Нанесение элементов залегания на карту:

72 Угол падения

Линия простирания

У

35

90

84

Горизонтальное Нормальное Опрокинутое Вертикальное

залегание

Рис.16

На геологической карте наклонно залегающие слои выглядят в виде ряда полос выходов слоев различной ширины (что зависит от мощности, угла наклона слоев и рельефа местности), в возрастной последовательности сменяющих по падению или восстанию друг друга. При нормальном наклонном залегании слои падают в сторону расположения более молодых отложений, при опрокинутом – наоборот.

Библиографический список

1. Ананьев Р.П. Инженерная геология и гидрогеология. -М.: В. Ш., 1980.

2. Толстой М.П. и др. Геология и гидрогеология. -М.: Недра, 1988. (Учебник)

3. Фролов А.Ф. Инженерная геология. -М., Недра, 1990. (Учебник)

4. Кирюхин В.А. и др. Общая геология. - М.: Изд. МГУ, 1988. (Учебник)

5. Якушева А.Ф. Хайн В.Е. Славин В.И Общая геология. - М.: Изд. МГУ,

6. Алексеев Г.В. и др. Инженерная геология, гидрогеология, механика

грунтов. Иваново, 1992. (Уч. пособие)

7. СП II-I05-97. Инженерно - геологические изыскания для строи­тельства.